Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Prozesssichere Schnellhärtung von Klebstoffen mit Entklebungsoption

Das Kleben ist die Fügetechnologie, die Leichtbau unter Kombination verschiedener Werkstoffe sowie ein funktionelles Design insbesondere beim Einsatz hitzeempfindlicher Polymerwerkstoffen ermöglicht. Die Qualität der Verbindung muss durch Überwachung und Dokumentation des Prozesses sichergestellt werden. Insbesondere innovative kmU stehen vor Herausforderungen bei der Einrichtung und Kontrolle individueller klebtechnischer Prozesse. Aktuell bestimmen bei kalthärtenden 2K-Klebstoffen die vergleichsweise langen Härtungszeiten die klebtechnische Prozessmindestdauer, und vor Reparaturen oder im Recyclingfall können Klebungen nicht gezielt auseinandergebaut werden. Im Projekt werden Ansätze und Methoden aufgezeigt, ausgearbeitet und validiert, die ein beschleunigtes Härten von Klebstoffen ermöglichen. Das induktive Erhitzen der Klebschicht wird durch Beimengung metallischer Füllstoffe aus Curie-Legierungen zu den Klebstoffen ermöglicht. Auch aktuelle Prozessherausforderungen wie eine zuverlässige Temperaturkontrolle werden durch den Einsatz dieser Partikel gelöst, weil deren ferromagnetische Suszeptibilität über der Curie-Temperatur (TC) absinkt, so dass die Klebfuge nicht überhitzt. Diese Füllstoffe werden zudem als Hebel eingesetzt, um gezielt die Klebverbindungen zu lösen. KmU-spezifisch relevante Anwendungsfälle werden abgestimmt und drei wesentliche Forschungsbereiche einbezogen: klebtechnische Experimente, numerische Simulation und zerstörungsfreie Qualitätskontrolle an Oberflächen und Verbunden. Die Projektergebnisse umfassen die Validierung des Einsatzes von Curie-Partikeln zur Kontrolle der Temperatur in der Klebfuge, das beschleunigte Härten von Klebungen, Computerwerkzeuge zum Design optimaler Induktoren, Methoden und Geräte zur zerstörungsfreien Qualitätskontrolle und schließlich eine auf kmU abgestimmte Methodik zur gezielten Lösung von Klebverbindungen. Das FACIDO-Konzept kann an individualisierte Produkte und Prozesse zu deren Herstellung angepasst werden.

Ergebniszusammenfassung:

Das Kleben ist immer noch ein zeitaufwändiger Prozess, insbesondere bei den üblicherweise verwendeten 2-Komponenten-Kaltklebstoffen. Der gesamte Produktionsprozess ist oft an die Aushärtezeit gebunden, während der Teile nicht bewegt werden können bzw. Befestigungssysteme benötigen - zumindest bis zum Erreichen der Handhabungsfestigkeit. Die meisten 2K-Klebstoffe haben ein relativ enges Temperaturfenster für die Anwendung: bei zu niedrigen Temperaturen ist die Aushärtung extrem langsam; bei zu hohen Temperaturen werden Probleme im Zusammenhang mit der Topfzeit kritisch. Eine Beschleunigung des Aushärteprozesses bzw. seine Unabhängigkeit von den Umgebungsbedingungen würde das Kleben für KMUs wesentlich interessanter machen. In Zeiten zunehmenden Umweltbewusstseins sind geklebte Bauteile bzw. daraus hergestellte Materialmischungen am Ende ihrer Lebensdauer nach wie vor schwierig zu recyceln bzw. bei Bedarf zu lösen, um beschädigte Teile leicht austauschen zu können. Insbesondere für polymere Werkstoffe und daraus zusammengesetzte Hybridstrukturen könnte dies zu einem echten Hindernis für die weite Verbreitung des Klebens und damit für alle damit verbundenen Vorteile werden. Daher ist die Entwicklung einer Methodik für das Lösen von Verklebungen von Polymerwerkstoffen dringend erforderlich, um den Anforderungen der Nachhaltigkeit gerecht zu werden.